專利名稱：升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升壓變換器，更具體地，涉及一種能夠減小其每個(gè)元件內(nèi)的電壓應(yīng)力的升壓變換器，以及具體地，涉及一種升壓變換器，該升壓變換器能夠通過將施加至輸出二極管的電壓限制(clamp)為對(duì)應(yīng)于輸入電壓和輸出電壓之間的差值，來減小其每個(gè)元件內(nèi)的電壓應(yīng)力，而無需使用單獨(dú)的損耗緩沖電路(s^arate loss snubber circuit)。
背景技術(shù)：
近來，關(guān)于使用燃料電池或蓄電池的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、半導(dǎo)體制造設(shè)備、大型顯示裝置、超聲波裝置、X-射線裝置等，已經(jīng)對(duì)能夠提高低DC電壓的各種電源裝置進(jìn)行了研究。在這樣的電源裝置的情況下，升壓變換器可以為典型的電源裝置。常規(guī)的升壓變換器在獲取高升壓率方面存在困難。因此，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，多個(gè)升壓變換器已經(jīng)被串聯(lián)連接，以便獲取高升壓率；然而，這種方法產(chǎn)生了諸如功率轉(zhuǎn)換效率降低以及單位成本增加的問題，這些問題歸因于在其中使用的元件的數(shù)量的增加。為了解決這些問題，已經(jīng)采用了如圖1所示的使用了抽頭電感器的升壓變換器 10 ；然而，為了減小在功率轉(zhuǎn)換切換期間產(chǎn)生的沖擊電壓，使用損耗緩沖電路是有必要的。但是，由于這樣的緩沖仍然會(huì)導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率的降低，并且沖擊電壓仍然可能產(chǎn)生，所以應(yīng)該使用具有高電壓阻抗的元件，從而導(dǎo)致制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種能夠減小其每個(gè)元件內(nèi)的電壓應(yīng)力的升壓變換器， 更具體地，提供了一種升壓變換器，該升壓變換器通過將施加至輸出二極管的電壓限制為對(duì)應(yīng)于輸入電壓和輸出電壓之間的差值，來減小其每個(gè)元件內(nèi)的電壓應(yīng)力，而無需使用單獨(dú)的損耗緩沖電路。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種升壓變換器，該升壓變換器包括變壓器，包括接收輸入功率的初級(jí)繞組和電磁耦合至初級(jí)繞組的次級(jí)繞組，且初級(jí)繞組與次級(jí)繞組具有預(yù)設(shè)匝數(shù)比；開關(guān)單元，根據(jù)預(yù)設(shè)占空比接通和斷開傳輸至初級(jí)繞組的輸入功率；穩(wěn)定單元，包括調(diào)整從次級(jí)繞組輸出的電壓以從而穩(wěn)定輸出功率的輸出二極管；以及限制單元， 用于將施加至輸出二極管的電壓限制為對(duì)應(yīng)于接通開關(guān)單元的操作期間輸入電壓和輸出電壓之間的差值。變壓器可以進(jìn)一步包括泄露電感器和磁化電感器，泄露電感器在初級(jí)繞組的一端與接收輸入功率的輸入功率端的一端之間串聯(lián)連接，磁化電感器并聯(lián)連接到初級(jí)繞組的一端禾口另一端。
開關(guān)單元可以包括開關(guān)，該開關(guān)連接在初級(jí)繞組的另一端與次級(jí)繞組的一端相互連接的連接點(diǎn)與接地端之間，以及限制單元可以包括第一二極管和第一電容，第一二極管具有連接至輸入電壓端的一端的正極和連接至輸出二極管的一端的負(fù)極，第一電容具有連接至第一二極管的負(fù)極的一端和連接至次級(jí)繞組的另一端的另一端。輸出二極管的一端可以連接至第一二極管的負(fù)極和第一電容的一端，以及穩(wěn)定單元可以進(jìn)一步包括輸出電容，輸出電容連接至輸出二極管的另一端和接地端。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組以相同的方向纏繞。在開關(guān)接通時(shí)第一電容可以用來自次級(jí)繞組的電壓和輸入電壓充電，并且在開關(guān)斷開時(shí)將所充的電壓傳輸至穩(wěn)定單元。


可以從結(jié)合附圖的下述詳細(xì)描述中更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他方面、特征和其他優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的升壓變換器的示意性結(jié)構(gòu)圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的升壓變換器的示意性結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的升壓變換器的示意性結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的升壓變換器100可以包括變壓器110、開關(guān)單元(switching unit) 120、穩(wěn)定單元 130 和限制單元(clamping unit) 140。變壓器110可以包括初級(jí)繞組Np和次級(jí)繞組Ns，并且可以進(jìn)一步包括泄露電感器 (leakage inductor) Lk 禾口石茲&電胃(magnetization inductor) Lm。初級(jí)和次級(jí)繞組Np和Ns中的每個(gè)具有預(yù)設(shè)的匝數(shù)，且可以相互電磁耦合以在他們之間形成預(yù)設(shè)匝數(shù)比。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組可以以相同的方向纏繞。開關(guān)單元120可以包括至少一個(gè)開關(guān)M，并且可以被接通和斷開以控制從初級(jí)繞組Np到次級(jí)繞組Ns的功率轉(zhuǎn)換。穩(wěn)定單元130可以包括輸出二極管D3和輸出電容Q，并且可以穩(wěn)定輸出功率。限制單元140可以包括第一二極管&和第一電容Cs，并且可以將施加至輸出二極管D3的電壓限制為對(duì)應(yīng)于接通開關(guān)M的操作期間輸入電壓和輸出電壓之間的差值。同時(shí)， 在接通開關(guān)M的操作期間第一電容Cs可以用來自次級(jí)繞組Ns的電壓和輸入電壓Vin充電， 并且可以在開關(guān)M斷開操作期間將所充電的電壓傳輸至輸出二極管D3。圖2中所示的各個(gè)元件之間的連接關(guān)系將在下文中詳細(xì)描述。變壓器110的初級(jí)繞組Np的另一端可以連接至開關(guān)單元120的開關(guān)M的一端。開關(guān)M的另一端可以接地；第一二極管D2的正極可以連接至輸入電壓端的一端，而其負(fù)極可以連接至第一電容Cs的另一端；輸出二極管D3的正極可以連接至第一電容Cs的另一端，而其負(fù)極可以連接至電容Q的一端；以及電容Q的另一端可以接地。第一電容Cs的一端可以連接至次級(jí)繞組Ns的另一端；而次級(jí)繞組Ns的一端可以連接至開關(guān)M的一端。初級(jí)繞組Np的一端可以連接至輸入功率端的一端，其中輸入功率(input poweiOVin經(jīng)泄露電感器Lk輸入至輸入功率端，而磁化
4電感器可以并聯(lián)連接至初級(jí)繞組NP。參照?qǐng)D2，在接通開關(guān)M的操作期間流過的電流由參考標(biāo)號(hào)①代表的虛線表示，而在斷開開關(guān)M的操作期間流過的電流由參考標(biāo)號(hào)②代表的虛線(不同于參考標(biāo)號(hào)①代表的虛線)表示。在接通開關(guān)M的操作期間，電流可以流經(jīng)兩條路徑，一條路徑是從輸入功率Vin經(jīng)初級(jí)繞組Ns至開關(guān)M,而另一條路徑為從第一二極管&經(jīng)第一電容Cs、次級(jí)繞組Ns和開關(guān) M至輸入功率Vin。在斷開開關(guān)M的操作期間，電流可以流經(jīng)從輸入功率Vin經(jīng)過初級(jí)和次級(jí)繞組Np 和Ns以及第一電容Cs至輸出二極管D3的路徑。在接通開關(guān)M的操作期間，輸入電壓Vin施加至變壓器110的初級(jí)繞組NP，以便初級(jí)繞組Np的電壓Vpri變?yōu)檩斎牍β蔞in。根據(jù)初級(jí)繞組Np和次級(jí)繞組Ns的匝數(shù)比，次級(jí)繞組Ns傳輸輸入功率nVin至連接電容Cunk，以便連接電容Cunk中的電壓Vc Unk等于次級(jí)繞組Ns的電壓V·，其中，根據(jù)匝數(shù)比η次級(jí)繞組Ns的電壓Nsec等于輸入功率Vin與輸入功率 nVin的和。從而，在接通開關(guān)M的操作期間，輸入電壓Vin的電平可以被施加至初級(jí)繞組NP， 而在斷開開關(guān)M的操作期間，施加至初級(jí)繞組Np的電壓Vpri可以由如下的公式1導(dǎo)出
權(quán)利要求
1.一種升壓變換器，該升壓變換器包括變壓器，該變壓器包括接收輸入功率的初級(jí)繞組和電磁耦合至所述初級(jí)繞組的次級(jí)繞組，且所述初級(jí)繞組與所述次級(jí)繞組具有預(yù)設(shè)匝數(shù)比；開關(guān)單元，該開關(guān)單元根據(jù)預(yù)設(shè)占空比接通和斷開傳輸至所述初級(jí)繞組的所述輸入功率；穩(wěn)定單元，該穩(wěn)定單元包括調(diào)整從所述次級(jí)繞組輸出的功率從而穩(wěn)定輸出功率的輸出二極管；以及限制單元，該限制單元將施加至所述輸出二極管的電壓限制為對(duì)應(yīng)于所述開關(guān)單元的接通操作期間所述輸入電壓與所述輸出電壓之間的差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其中，所述變壓器還包括泄露電感器和磁化電感器，所述泄露電感器在所述初級(jí)繞組的一端與接收所述輸入功率的輸入功率端的一端之間串聯(lián)連接，所述磁化電感器并聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組的一端和另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的升壓變換器，其中，所述開關(guān)單元包括開關(guān)，所述開關(guān)連接在所述初級(jí)繞組的另一端與所述次級(jí)繞組的一端相互連接的連接點(diǎn)與接地端之間，以及 所述限制單元包括第一二極管和第一電容，所述第一二極管的正極連接至所述輸入功率端的一端而負(fù)極連接至所述輸出二極管的一端，所述第一電容的一端連接至所述第一二極管的所述負(fù)極而另一端連接至所述次級(jí)繞組的另一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升壓變換器，其中，所述輸出二極管的一端連接至所述第一二極管的所述負(fù)極和所述第一電容的一端，以及所述穩(wěn)定單元還包括輸出電容，所述輸出電容連接至所述輸出二極管的另一端和所述接地端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其中，所述初級(jí)繞組和所述次級(jí)繞組以相同的方向纏繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升壓變換器，其中，在所述開關(guān)接通時(shí)所述第一電容用來自所述次級(jí)繞組的電壓和輸入電壓充電，并且在所述開關(guān)斷開時(shí)將所充的電壓傳輸至所述穩(wěn)定單元。
全文摘要
提供了一種升壓變換器，該升壓變換器能夠通過將施加至輸出二極管的電壓限制為對(duì)應(yīng)于輸入電壓和輸出電壓之間的差值，來減小其每個(gè)元件內(nèi)的電壓應(yīng)力，而無需使用單獨(dú)的損耗緩沖電路。該升壓變換器包括變壓器，包括接收輸入電壓的初級(jí)繞組和電磁耦合至初級(jí)繞組的次級(jí)繞組，且初級(jí)繞組與次級(jí)繞組具有預(yù)設(shè)匝數(shù)比；開關(guān)單元，根據(jù)預(yù)設(shè)占空比接通和斷開傳輸至初級(jí)繞組的輸入電壓；穩(wěn)定單元，包括調(diào)整從次級(jí)繞組輸出的電壓以從而穩(wěn)定輸出電壓的輸出二極管；以及限制單元，用于將施加至輸出二極管的電壓限制為對(duì)應(yīng)于開關(guān)單元接通操作期間輸入電壓和輸出電壓之間的差值。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102403906SQ201110265658
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者吳成勛, 金孝溁, 金鐘洛, 金鎮(zhèn)換 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社